энергетические системы организма при тренировках

Тренировочные нагрузки по энергетическим системам

Для спортивной физиологии представляет особый интерес изучение биомеханических и иных аспектов физической деятельности человека. Повышенное внимание уделяется исследованиям работы систем энергообеспечения при различных уровнях тренировочной и соревновательной нагрузки.

Непрерывное выполнение двигательной работы обеспечивается функционированием и взаимодействием различных энергетических систем. Основной источник энергии для работы мышечной ткани (а также других тканей, органов и систем организма человека) это АТФ. Для осуществления нормальной деятельности мышце необходимо поддерживать концентрацию АТФ в диапазоне от 0,4‒0,5 до 0,25% от массы мышцы.

Рисунок 1 | Строение АТФ

Запасов АТФ в мышечном волокне при работе с максимальной и околомаксимальной эффективностью хватает на 1‒2 сек. Для поддержания необходимого стабильного уровня концентрации АТФ существуют механизмы (или системы) её восполнения (или ресинтеза). Различают аэробный механизм, где образование молекулы АТФ происходит в присутствии кислорода, и анаэробный, который работает в бескислородных условиях. Анаэробный ресинтез АТФ может быть гликолитическим (основные субстраты это глюкоза или гликоген), креатинфосфатным (используется креатинфосфат) и миокиназным (взаимодействие двух молекул АДФ). Каждый из путей восполнения АТФ имеет свои принципы и особенности, которые проявляются под разными видами нагрузок.

Рисунок 2 | Схема энергетического обмена мышц

Нагрузка показывает воздействие двигательных упражнений на организм человека и величину реакции его функциональных систем. По показателю интенсивности нагрузок рассматриваются 5 зон, которые имеют чётко обозначенные границы и критерии.

Зоны интенсивности тренировочных нагрузок:

При рассмотрении более подробно каждой из зон интенсивности ниже будут приведены сравнительные данные по разным параметрам — биохимическим, физиологическим, а также даны общие методологические рекомендации. Стоит отметить, что количественные величины некоторых функциональных показателей усреднены для тренированных атлетов, обладающих высокой степенью физического развития. Цифры подобных параметров у нетренированных людей, а также у атлетов разного возраста и пола могут варьироваться. Однако, в данной статье внимание уделяется сопоставлению переменных между разными зонами, а не между разными группами спортсменов.

Аэробная восстановительная зона (аэробная компенсаторная зона)

Энергообеспечение полностью аэробное. Выполнение работы обеспечивается медленными мышечными волокнами (ММВ). ММВ имеют длительную аэробную выносливость и обладают способностью полностью окислять лактат (соль молочной кислоты), поэтому он не накапливается в тканях и крови. ЧСС до 145 ударов в минуту. Уровень солей молочной кислоты (лактата) в крови на уровне покоя и не более 2‒2,5 ммоль/литр. Потребление кислорода — 40‒70 % МПК. Основные субстраты-жиры (более 50%), гликоген мышц, глюкоза крови.

Тренировки носят восстановительный и подготовительный (разминочный) характер. Также в данной зоне даются нагрузки для развития координации и гибкости. Время работы от нескольких минут до нескольких часов. Интенсивность умеренная.

Аэробная развивающая зона (зона аэробного порога)

Ресинтез АТФ происходит преимущественно за счёт аэробного окисления. Также в небольшой доле присутствует компонент гликолитического энергообеспечения. Двигательная активность ведётся в большей степени ММВ, однако при приближении интенсивности к верхней границе зоны к ним присоединяются быстрые мышечные волокна (БМВ типа А). БМВ типа А имеют меньшую, чем ММВ способность к переработке лактата, поэтому его уровень медленно поднимается. В пределах данной зоны находится так называемый аэробный порог (АП), обозначающий уровень нагрузки, при котором начинают включаться и активно функционировать процессы гликолиза, изменяя в большую сторону содержание в тканях и крови солей молочной кислоты.

ЧСС 160‒175 уд/мин. Лактат крови возрастает до 4,5 ммоль/литр. Потребление кислорода 60‒90 % МПК. Основными субстратами становятся углеводы — гликоген и глюкоза, жиры вовлекаются менее активно.

Тренировки в этой зоне развивают специальную выносливость, также возможна работа на координацию и гибкость. Метод тренировок — непрерывный (в том числе циклический). Стимулируется развитие кардиореспираторной системы. Время выполнения также от нескольких минут для интервального подхода к тренировке до нескольких часов при непрерывном методе. Интенсивность умеренная. Степень интенсивности меняется в зависимости от метода.

Применяется в подготовке для спортивных игр и бега на марафонские дистанции. При длительном выполнении упражнений в этой зоне за счёт выделения тепла при окислительных реакциях увеличивается температура тела, что предъявляет требования к развитию систем терморегуляции.

Аэробно-анаэробная (смешанная) зона

Способ обеспечения энергией — совместный аэробно-анаэробный. Помимо аэробного окисления, которое поставляет основное количество АТФ, активизируется гликолиз. Выполнение двигательных задач происходит за счёт совместной работы ММВ и БМВ типа А, и в меньшей степени БМВ типа Б. БМВ типа Б подключаются к работе около верхней границы зоны, где потребление кислорода примерно соответствует МПК. Так как БВМ типа Б не способны окислять лактат, то его концентрация в мышцах и, как следствие, в крови повышается, что приводит к интенсификации лёгочной вентиляции и формированию кислородного долга. На данном этапе выполнения упражнения наступает порог анаэробного обмена (ПАНО), обозначающий переход обеспечения энергией на преимущественно анаэробные реакции.

Таблица 1 | Аэробно-анаэробный переход

ЧСС ДО 180‒185 уд/мин. Лактат в крови до 10 ммоль/литр, потребление кислорода — 80‒100 % МПК. Субстрат — преимущественно гликоген и глюкоза. В результате тренировок в этой зоне развивается специальная и силовая выносливость в смешанных режимах. Это актуально для развития комплексных форм выносливости для различных видов спорта — игровых и прикладных. Систематические тренировочные занятия в данной зоне способны также по современным представлениям менять соотношение БМВ типа А и типа Б в мышечной системе тренирующегося. Это происходит за счёт механизмов биохимической (изменение ферментной базы) и нейральной адаптации.

Методы тренировок — непрерывные циклические (разной интенсивности) и интервальные. В зависимости от продолжительности выполнения одного упражнения в данной зоне могут наступать изменения как в количестве миофибрилл (при продолжительной работе “до отказа”), так и в массе митохондрии (в случае работы до лёгкого утомления). Время выполнения упражнений в зависимости от направленности тренировочного процесса определяется двумя подгруппами этой зоны: аэробно-анаэробная смешанная зона подтип 1 — от 10 минут до получаса (на окислительных и смешанных типах энергообеспечения) и аэробно-анаэробная зона подтип 2 — от 30 минут до двух часов (в основном окислительный ресинтез).

Анаэробно-гликолитическая зона (лактатная зона)

Ресинтез АТФ происходит комбинированно с помощью аэробного окисления и при участии гликолитических механизмов, которые увеличивают свой вклад вплоть до 60% от общего объёма используемой энергии. Вовлекаются все типы мышечных волокон, что обуславливает дальнейший подъём уровня лактата в тканях и крови, что усугубляет кислородный долг.

ЧСС до 180‒200 уд/мин. Лактат в крови до 20 ммоль/литр. Потребление кислорода снижается с 100 до 80% МПК. В качестве субстрата используется гликоген. Тренировочная деятельность в таком режиме воспитывает специальную выносливость анаэробно-гликолитического происхождения. Методы занятий — интенсивные и высокоинтенсивные интервальные упражнения. Может активизировать гиперплазию миофибрилл в БМВ, а при выполнении этих упражнений до лёгкого утомления может стимулировать рост массы митохондрий также в БМВ. При продолжительном тренировочном процессе с использованием упражнений в этой зоне также происходят процессы перераспределения типов БМВ. Общее время работы в этой зоне у тренированных спортсменов не превышает 10‒15 мин. Интенсивность околомаксимальная.

Анаэробно-алактатная зона (спринт зона, или алактатная)

Энергия обеспечивается креатинфосфатным механизмом ресинтеза. Гликолитическое окисление может активизироваться после 10 сек, что приводит к накоплению лактата.
Физическая активность обеспечивается за счёт всех типов мышечных волокон. Показатель ЧСС вследствие короткого времени работы организма в данном режиме является неинформативным, как и значение уровня концентрации лактата в крови. Однако, на протяжении нескольких минут после прекращения работы уровень лактата увеличивается и составляет максимально 5‒8 ммоль/л. Потребление кислорода значительно падает.

Тренировки в данной зоне направлены на развитие скоростных, скоростно-силовых качеств и воспитание максимальных силовых показателей. При систематических занятиях в этой зоне стимулируется рост миофибрилл в БМВ, что может приводить к повышению количества БМВ типа Б в процентном соотношении к остальным типам мышечных волокон. Общее время тренировочной активности суммарно не превышает 120‒150 секунд. Мощность (интенсивность или скорость) выполнения упражнений- максимальная.

В основном объёме тренировочного процесса в большинстве зон эффективности разные принципы энергообеспечения работают параллельно, и для достижения необходимых задач по развитию конкретных качеств и свойств организма спортсмена необходимо учитывать комбинированный и комплексный характер функционирования систем организма. Большое значение в планировании соотношения интенсивности нагрузок в тренировочном процессе от микро до макро циклов имеет грамотная система отбора атлетов применительно к выбранному виду спорта и физической активности с учётом генетически обусловленных факторов.

Источники:

Источник

Энергетические системы организма и целенаправленная тренировка

Энергетические системы

Аденозинтрифосфат (АТФ) в организме человека является универсальным источником энергии, которая высвобождается при распаде АТФ до аденозинфосфата (АДФ) и используется мышцами для выполнения механической работы. Запасы АТФ в мышцах незначительны, расходуются за 2 секунды. Системы ресинтеза АТФ (фосфатная, лактатная и кислородная) поддерживают относительное постоянство этого вещества.

Распад углеводов происходит в два этапа, на первом, протекающем без участия кислорода, образуется молочная кислота (лактат), которая используется в ресинтезе АТФ на втором этапе с участием кислорода. Пока потребляемого кислорода достаточно, молочная кислота не будет накапливаться в организме. Важно – элиминация лактата, основанная на его использовании на втором этапе углеводного энергообеспечения лежит в основе обязательных низкоинтенсивных заминок, активного отдыха и восстановительных тренировок.

Лактатная система

Итак, при росте интенсивности нагрузки и недостатке кислорода молочная кислота, образовавшаяся в первой анаэробной фазе, не нейтрализуется полностью во второй, аэробной, в результате накапливается в работающих мышцах, что приводит к ацидозу, или закислению мышц, основной причине мышечной усталости. При превышении определённого уровня интенсивности (который варьируется от человека к человеку) происходит активация механизма, посредством которого организм переходит на полностью анаэробное энергообеспечение, где в качестве источника используются исключительно углеводы. Ускорение, подъём, финишный рывок – за них ответственна лактатная система. При нарастающем ацидозе спортсмен не способен поддерживать тот же уровень нагрузки, что приводит достаточно быстро к резкому снижению интенсивности или отказу выполнять нагрузку.

Важно – в самом начале любого упражнения, независимо от его интенсивности энергообеспечение происходит только анаэробным путём. Каждый раз организму требуется несколько минут, чтобы аэробная система включилась в работу. Соответственно, разминка обязательна.

Ацидоз повреждает аэробную ферментативную систему мышечной клетки, что снижает аэробные способности. Если клетки повреждены ацидозом, то может потребоваться несколько дней, прежде чем ферментативная система начнёт снова нормально функционировать и аэробные возможности восстановятся, а аэробные тренировки будут эффективными. Повреждение мышечных стенок в результате ацидоза является причиной утечки веществ из мышечных клеток в кровь, замедляется образование КрФ, нарушается работа сократительного аппарата, страдает координация, тренировки на технику или скорость неэффективны, возрастает риск травм.

Типы мышечных волокон

Условно мышечные волокна разделяются на два типа: красные (тип1, медленно сокращающиеся) и белые (тип2, быстро сокращающиеся). Между мужчинами и женщинами не существует разницы в соотношении быстрых и медленных мышечных волокон, реакция на тренировку одинаковая. Красные мышечные волокна густо усеяны капиллярами, снабжаются энергией преимущественно аэробно, важны в видах на выносливость. Белые мышечные волокна (выделяют так же подтип2а – анаэробно-аэробные и подтип2в – анаэробные) обладают высокой анаэробной способностью, поэтому максимально используются в скоростно-силовых видах. Соотношение белых и красных волокон у отдельного человека генетически детерминировано, т.е. практически мы изначально рождаемся либо стайерами, либо спринтерами. Под воздействием тренировок некоторое количество белых волокон могут превратиться в красные, к сожалению, обратное действие невозможно. Выраженный стайер никогда не станет спринтером, а у спринтера есть шанс стать хорошим стайером. С возрастом спринтерские способности спортсмена снижаются быстрее, чем способности к выполнению длительной работы. Важно – в видах на выносливость обязательно находить время для скоростно-силовых тренировок, чтобы поддерживать соответствующие качества на достойном уровне.

Целенаправленная тренировка

Тренировка должна быть направлена именно на ту энергетическую систему, которая участвует в энергообеспечении конкретной спортивной деятельности. Результаты марафонца зависят от его способности выполнять длительную работу, поэтому его тренировки должны быть нацелены на совершенствование кислородной системы и расширение аэробных способностей. Для спринтера важны максимальные возможности его фосфатной системы, поэтому его тренировки должны быть направлены на увеличение числа высокоэнергетических фосфатов. В некоторых видах, например в беге на средние дистанции (400, 800, 1500м), лыжном спринте требуется тренировка все систем энергообеспечения, требуются высокие анаэробно-аэробные способности, спортсмены должны учиться бороться с сильным ацидозом.

Таблица 1. Зависимость подключения энергосистем от продолжительности нагрузки.

Таблица 2. Зоны интенсивности.

Тренировка фосфатной системы

Главная цель – истощение высокоэнергетических фосфатов без накопления молочной кислоты. Лучший способ – спринты на максимальной (продолжительность отрезка 6-8сек) или субмаксимальной (20-30с) скоростях, выполняемые повторно (8-10раз) с большими паузами пассивного отдыха (3-5 мин в зависимости от подготовленности). Выполнение лёгкой нагрузки во время отдыха частично блокирует ресинтез АТФ и КрФ, приводит к их недостаточным запасам для следующего ускорения, активации анаэробной системы и накоплению лактата. Руководствуясь показателями ЧСС, управлять спринтерской тренировкой и вносить коррективы невозможно, для этого лучше использовать показатели лактата.

Тренировка лактатной системы

Тренировка кислородной системы

Лучший метод – тренировки на выносливость, то есть нагрузки с субмаксимальной мощностью в течение длительного времени без накопления лактата.

Промежуточная аэробная тренировка выполняется со средней интенсивностью (80-85% ЧССмах), лактат не накапливается, продолжительность зависит от соревнований, к которым готовиться спортсмен. Соревновательная дистанция обычно преодолевается 1 раз за неделю.

Экстенсивная аэробная тренировка представляет длительную непрерывную работу при ЧСС 70-80% ЧССмах продолжительностью от 90 мин, тренируют жировой обмен, часто совмещают с промежуточной аэробной тренировкой.

Восстановительная тренировка

Неотъемлемая часть общего тренировочного процесса. Работа при интенсивности менее 70% от ЧССмах не улучшает аэробные способности, но в большинстве случаев более выгодна для восстановления, чем пассивный отдых (см.выше).

В книге изложены теория, практика и анализ тренировки спортсменов на выносливость на основе мониторинга частоты сердечных сокращений (ЧСС) и уровня молочной кислоты (лактата) в крови, приведены тесты нахождения анаэробного порога и оценки функционального состояния, обсуждаются проблемы перетренированности и спортивного сердца.

Источник

Энергетические системы организма

Источник: «Программы тренировок», научное изд.
Автор: профессор, доктор наук Тудор Бомпа, 2016 г.

Содержание

Тренировка энергетических систем организма [ править | править код ]

Каждый вид спорта имеет собственный физиологический профиль, и каждый тренер, разрабатывающий и внедряющий программу тренировок для определенного вида спорта, должен понимать энергетические системы организма человека и их использование в спортивной подготовке. Если говорить более конкретно, физиологическая сложность каждого вида спорта требует понимания тренерами энергетических систем организма, преобладающих в конкретном виде спорта, а также их взаимосвязь с силовой подготовкой. Тренеры, отделяющие силовую подготовку и требования к разработке программы силовой подготовки от прочих физиологических характеристик, совершают ошибку, которая может со временем повлиять на результативность. В данной главе рассматривается проблема интегрирования силовой подготовки и подготовки определенных энергетических систем организма для различных видов спорта.

Энергетические системы организма [ править | править код ]

Когда спортсмен тренируется с отягощением или выполняет метаболические упражнения, энергия, необходимая для сокращения мышц, высвобождается за счет превращения высокоэнергетичного соединения АТФ в АДФ + фосфат. Благодаря данному процессу высвобождается энергия, и осуществляется движение. Для продолжения тренировки тело должно постоянно восполнять клеточный объем АТФ, поскольку в мышечных клетках хранится только ограниченное количество данного соединения (5-6 миллимоль на килограмм мышц) и клетка не может в полной мере задействовать собственный запас АТФ (задействуется максимум 60-70 процентов от объема АТФ в клетке).

Три энергетические системы организма [ править | править код ]

Человеческое тело может обеспечивать поступление АТФ при помощи одной из трех энергетических систем организма, в зависимости от типа тренировки: анаэробная алактатная система (АТФ-КФ), анаэробная лактатная система или аэробная система.

Переход от теории к практике тренировки энергетических систем организма [ править | править код ]

Тренеры, не обладающие реальным знанием энергетических систем организма, зачастую разрабатывают программы, нацеленные на тренировку доминирующей энергетической системы для конкретного вида спорта, полагаясь при этом на собственную интуицию. Например, тренеры, занимающиеся подготовкой спринтеров, предлагают своим подопечным бег на короткие дистанции в качестве тренировки, при том, что им совершенно не известен положительный эффект данного вида тренировок для нервной системы и анаэробных энергетических систем. Тем не менее во время тренировки энергетических систем следует принимать во внимание степень задействования типов мышечных волокон. Повышение эффективности энергетической системы зависит от возможности нервно-мышечной системы выдерживать напряжение и усталость, возникающие в результате систематических тренировок. Например, непрерывная тренировка анаэробной лактатной системы позволяет быстро сокращающимся мышечным волокнам генерировать силу при наличии накопившейся молочной кислоты. Подобный результат достигается за счет повышения степени задействования медленно сокращающимися мышечными волокнами двигательной единицы и повторного использования молочной кислоты. Максимизация анаэробного обмена веществ возможна за счет использования программы, сочетающей тренировки на выработку максимальной силы и выносливости и бег на дистанции от 150 до 400 метров.

Энергетическая система, используемая для выработки энергии во время занятий спортом, зависит от интенсивности и продолжительности тренировки. Анаэробная алактатная система в основном генерирует энергию для всех видов краткосрочной спортивной деятельности (до 8-10 секунд), при которой преобладающими характеристиками являются сила и скорость. Анаэробная алактатная система доминирует в таких видах спорта, как бег на короткие дистанции, прыжковые и метательные дисциплины в легкой атлетике, прыжки на лыжах с трамплина, прыжки в воду, опорные прыжки в гимнастике и олимпийское двоеборье. Данные виды спорта характеризуются резкими и короткими движениями при высокой нагрузке, иными словами, они требуют максимального применения силы и мощи. Таким образом, анаэробная алактатная система используется в связи с задействованием большого количества быстро сокращающихся мышечных волокон (для максимальной силы) и повышенной отдачи от данных волокон (для максимальной мощи).

С другой стороны, анаэробная лактатная система является основным поставщиком энергии для высокоинтенсивных и продолжительных видов спортивной деятельности (15-60 секунд). В качестве видов спорта, в которых доминирующей является анаэробная лактатная система, можно выделить бег на 200 и 400 метров в легкой атлетике, плавание на 50 метров, велогонки на треке и бег на коньках на дистанции 500 метров. Занятия данными видами спорта требуют максимальной отдачи как от анаэробной алактатной системы, так и от анаэробной лактатной системы. Для занятий теми видами спорта, которые характеризуются большей продолжительностью, такими как бег на средние дистанции в легкой атлетике, плавание на дистанции 100 и 200 метров, гребля на байдарках и каноэ на дистанции 500 метров, бег на коньках на дистанции 1000 метров, большинство гимнастических дисциплин, горнолыжный спорт, художественная гимнастика и гонки преследования на велотреке, требуется максимальный уровень анаэробного обмена веществ.

Целью силовой тренировки при занятиях данными видами спорта является развитие силовой выносливости или краткосрочной мышечной выносливости. Спортсмен должен уметь не только повышать степень отдачи быстро сокращающихся мышечных волокон, но также и поддерживать степень отдачи в течение продолжительного периода времени (10-120 секунд). Следует помнить, что повышение силовой выносливости и краткосрочной мышечной выносливости возможно только в результате увеличения максимальной силы. Таким образом, спортсмены, занимающиеся данными видами спорта, должны заложить хорошую базу для развития максимальной силы.

Как уже упоминалось выше, аэробная энергетическая система используется для производства энергии при занятиях видами спорта продолжительностью от одной минуты до более чем трех часов. У многих тренеров возникают затруднения с пониманием сути тренировок, предназначенных для подготовки к дисциплинам с таким длительным временным диапазоном. В качестве общего правила можно отметить, что, чем ближе продолжительность дисциплины к одной минуте, тем меньшим является вклад аэробной системы в общий объем выполняемой работы. Справедливо также и обратное правило: чем больше продолжительность тренировки, тем большее значение приобретает аэробная система.

Несмотря на то, что большинство видов спорта находятся в непрерывном диапазоне попеременного участия энергетических систем организма, следует уделять особое внимание командным видам спорта, боксу, боевым искусствам и видам спорта, где используются ракетки, то есть, тем спортивным дисциплинам, которые характеризуются переменной активностью. При занятиях данными видами спорта задействуются все три системы в соответствии с интенсивностью, ритмом и продолжительностью соревнований. При осуществлении большинства из указанных видов спортивной деятельности канал анаэробной энергии используется во время активной части соревнований, а для быстрого восстановления и регенерации в период между активными действиями задействуется аэробная способность [3] (ресинтез креатинфосфата за счет аэробного фосфорилирования). В конечном итоге, данная категория видов спорта требует выполнения существенного объема работы во время тренировок, способствующего выработке максимальной силы, мощности и силовой выносливости.

В таблице 1 показано соотношение между энергетическими системами организма и типом силовой тренировки, который предлагается для видов спорта, подпадающих под каждую категорию. В соответствии с данной таблицей, необходимость тренировки максимальной силы для всей совокупности энергетических систем очевидна. Вне зависимости от того, является данный вид спорта анаэробным, аэробным или характеризуется равнозначным участием обеих систем, развитие максимальной силы обеспечивает базу, которая помогает достичь оптимального уровня других основных возможностей спортсмена.

Таблица 1. Соотношение между энергетическими системами и методами силовых тренировок

Источник